Physique du primaire et du collège · Grades 1–9
12Pousser et tirer : les forces
Ouvrir une porte, remonter une fermeture éclair, taper dans un ballon, tirer une luge : ta journée entière se passe à pousser et à tirer. La physique rassemble tout cela sous un nom fier — la force — et pose deux questions simples : que peut faire une force, et dans quel sens agit-elle ?
12.1 Des poussées et des tractions partout
Définition 12.1 (Force)
Une force est une poussée ou une traction. Pousser une balançoire, tirer un chariot, appuyer sur une sonnette, étirer un élastique, presser de la pâte : chacun de ces gestes est une force au travail. Une force a toujours une intensité — douce ou puissante — et un sens : elle pousse ou tire dans une certaine direction.
Exemple 12.2 (Pousser ou tirer ?)
Trie ta journée : taper dans un ballon — une poussée du pied. Ouvrir un tiroir — une traction. Le fermer — une poussée. Remonter la fermeture d’un blouson — une traction. Pétrir de la pâte — beaucoup de petites poussées. Le tir à la corde — deux équipes qui tirent la même corde en sens opposés.
Méthode 12.3 (Dessiner une force par une flèche)
Les physiciens dessinent une force par une flèche :
- la flèche part de l’endroit où la poussée ou la traction s’exerce sur l’objet ;
- elle pointe dans le sens où la force agit ;
- une force plus intense reçoit une flèche plus longue.
Une seule petite flèche raconte toute l’histoire : où, dans quel sens, avec quelle intensité. Nous dessinerons ces flèches pendant des années.
12.2 Ce que font les forces
Proposition 12.4 (Les quatre métiers d’une force)
Une force peut faire quatre choses à un objet :
- le mettre en mouvement — le coup de pied envoie au loin le ballon immobile ;
- l’arrêter — les mains du gardien arrêtent le tir ;
- le faire tourner — une pichenette de côté courbe la trajectoire du ballon qui roule ;
- changer sa forme — presser écrase l’éponge, tirer étire l’élastique.
Pas de force, aucun des quatre : un objet laissé complètement tranquille continue exactement ce qu’il faisait.
Exemple 12.5 (Force plus intense, effet plus grand)
Tapote une bille : elle roule mollement jusqu’au bord de la table. Envoie-la d’une pichenette énergique : elle traverse la pièce en volant. Même bille, même doigt — seule l’intensité de la poussée a changé, et le vol de la bille a changé avec elle. Force douce, effet doux ; force puissante, effet puissant.
Exemple 12.6 (À toi de jouer : les changeurs de forme)
Rassemble une éponge, un élastique, un morceau de pâte à modeler et un bloc de bois. Presse et étire chacun d’eux. L’éponge reprend sa forme dès que tu lâches ; l’élastique aussi. La pâte à modeler garde sa nouvelle forme — ta force y a laissé un creux pour toujours. Et le bloc ? Ta plus forte pression ne le change en rien (du moins à l’œil !). Chaque objet répond à la force à sa manière.
12.3 Des forces sans contact
Exemple 12.7 (L’attraction de la Terre)
Lâche une cuillère : elle tombe. Lance un ballon aussi haut que tu veux : il redescend. Les feuilles, les gouttes de pluie, les miettes — tout ce qu’on lâche tombe vers le bas. Quelque chose les tire tous, sans arrêt, sans les toucher : la Terre elle-même. L’attraction de la Terre est la force la plus fidèle de ta vie — elle ne lâche jamais, et c’est pour cela que « le bas » signifie la même chose partout dans la cour.
Remarque 12.8 (De vieilles connaissances)
Tu connais déjà une autre force sans contact : l’aimant, qui tire son trombone par-dessus un espace d’air. Les aimants et l’attraction de la Terre sont les deux forces sans contact de ta vie de tous les jours — des exceptions rares et précieuses, car toutes les autres poussées et tractions que tu rencontres exigent un contact. Toutes deux deviendront de grands chapitres plus loin dans ce cours.
12.4 Exercices
Exercice 12.1 ★
Poussée ou traction ? Sonner à une porte ; ouvrir un tiroir ; faire une tête au football ; tirer une luge dans la montée ; presser un tube de dentifrice.
Solution
Solution de Exercice 12.1.
Poussée ; traction ; poussée ; traction ; poussée (presser, c’est pousser des deux côtés).
Exercice 12.2 ★
Quelles trois choses la flèche d’une force nous apprend-elle sur cette force ?
Solution
Solution de Exercice 12.2.
Où la force s’exerce sur l’objet, dans quel sens elle agit, et avec quelle intensité (par la longueur de la flèche).
Exercice 12.3 ★
Nomme les quatre métiers d’une force, et donne ton propre exemple pour chacun — différent de ceux du chapitre.
Solution
Solution de Exercice 12.3.
Mettre en mouvement, arrêter, faire tourner, changer la forme. Les exemples varient — par exemple : envoyer une bille d’une pichenette (mettre en mouvement), attraper un frisbee (arrêter), faire rebondir un ballon contre un mur (faire tourner), écraser une boule de neige (forme).
Exercice 12.4 ★
Une bille roule droit vers toi. Avec un seul doigt, comment la faire : s’arrêter ? aller plus vite ? dévier sur le côté ? Dis dans quel sens ton doigt pousse à chaque fois.
Solution
Solution de Exercice 12.4.
L’arrêter : pousser contre son mouvement, le doigt face à la bille. L’accélérer : pousser dans le sens où elle roule déjà, par-derrière. La faire dévier : pousser de côté, en travers de sa trajectoire.
Exercice 12.5 ★
Qu’est-ce qui reprend sa forme et qu’est-ce qui garde le creux : une éponge ; de la pâte à modeler ; un élastique ; de la neige molle ?
Solution
Solution de Exercice 12.5.
Reprennent leur forme : l’éponge et l’élastique. Gardent le creux : la pâte à modeler et la neige molle.
Exercice 12.6 ★
Dessine une caisse poussée doucement vers la droite et la même caisse poussée fortement vers la gauche. En quoi tes deux flèches diffèrent-elles ?
Solution
Solution de Exercice 12.6.
La poussée douce : une flèche courte vers la droite. La poussée forte : une flèche longue vers la gauche. Longueurs différentes, sens opposés.
Exercice 12.7 ★
Quelle force fait tomber tout ce qu’on lâche ? A-t-elle besoin de toucher la cuillère qui tombe ? Dans quel sens tire-t-elle toujours ?
Solution
Solution de Exercice 12.7.
L’attraction de la Terre. Elle n’a pas besoin de toucher — elle tire la cuillère à travers l’air, et toujours vers le bas.
Exercice 12.8 ★
Donne les deux forces sans contact que tu as rencontrées, chacune avec un exemple vu à la maison.
Exercice 12.9 ★★
Au tir à la corde, les deux équipes tirent de toutes leurs forces, et pourtant le ruban noué sur la corde ne bouge parfois pas du tout. Dessine la corde avec les flèches des deux équipes. Que doit-il être vrai des deux tractions quand le ruban reste immobile ? Que se passe-t-il à l’instant où une équipe tire plus fort ?
Solution
Solution de Exercice 12.9.
Deux flèches sur la corde, de même longueur, pointant en sens opposés. Le ruban reste immobile quand les deux tractions sont d’égale intensité — elles se compensent. À l’instant où une équipe tire plus fort, sa flèche l’emporte et le ruban part de ce côté.
Exercice 12.10 ★★
Un ballon lancé droit vers le haut ralentit, s’arrête le temps d’un clin d’œil, et retombe. Quelle force agit à la montée, au sommet, et à la descente ? Cesse-t-elle jamais de tirer ? (Dessine la flèche à chacun des trois instants.)
Solution
Solution de Exercice 12.10.
La même force les trois fois : l’attraction de la Terre, flèche pointée droit vers le bas — à la montée (elle ralentit le ballon), au sommet (elle s’apprête à le ramener) et à la descente (elle l’accélère). Elle ne cesse jamais de tirer, pas un seul instant.